压力容器大开孔结构的有限元分析VIP

信息技术 许鸿昊， 等 压力容器大开孔结构的有限元分析 压力容器大 开孑 L 结构 的有 限元分析 许鸿昊 ， 张华 ， 张丹 ( 北京航天试验技术研究所 ， 北 京 1 0 0 0 7 4 ) 摘要： 使用 A N S Y S 9 0对某具有大开孔结构的压力容器进行了三维建模， 采用S H E L L 1 8 1壳 单元 ， 使 用智 能网格 划分方 式划分 网格 。提 出 了“ 无补 强” 、 “ 补 强 圈补 强” 和“ 整 体补强” 三种 结构方案， 分别进行有限元分析， 得到了位移云图和应力云图。结果表明， “ 补强圈补强” 使最 大位移量下 降 1 2 6 ， 最 大等效应力下降 1 3 _ 8 ， “ 整体补 强” 使 最大位移量下 降 3 1 5 ， 最 大等 效应 力下降 2 0 1 ， 两种补 强方案 均能满足 强度要 求。最后 ， 从 经济性考虑 ， 优先选 用“ 补强 圈 补 强”方 案 。 关键词： 开孔补强； 大开孔； 有限元； 壳单元 中图分类号 ： T H1 6 ； T B 1 1 5 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 5 2 7 6 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 1 0 4 0 3 FEA o f Pr e s s u r e Ve s s e l wi t h La r g e Op e n i ng XU Ho n g h a o，ZHANG Hu a，ZHANG Da n ( B e ij in g I n s t i t u t e o f A e r o s p a c e T e s t i n g T e c h n o lo g y ，B e ij i n g 1 0 0 0 7 4 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： Th e t hr e e- di me n s i o n a l mo d el o f a p r e s s ur e v e s s e l wit h l a r g e n o z z le- t o- c y l i n d e r diame t er r a t i o s t r u c t u r e i s b u i l t i n ANSYS9 0，u s i n g SHEL L1 8 1 ele me n t a n d s mar t me s hing me t h o dTh e d is pla c eme n t an d mis es s t r e s s n ep h o gr a ms o f t hr e e s t r u c t u r e s c h eme s： n o r ein f o r c eme n t ”， “ r e i n f or c i n g r in g r ein f or c e me n t ”an d“o v er a l l r e i n f or c e men t ”，ar e o bt a i n e d b y e mp lo yin g FE ARe - s uit s s ho w t h a t t h e Ma x dis pla c e me n t d e cr e a s e b y 1 2 6 t h e Ma x mi s e s s t r e s s de c r e as e b y 1 3 8 i n“ r e i n f or c e men t r i n g rei n f or c e - me n t “，a n d t h e Ma x dis p l a c e me n t d e cr e a s e b y 3 1 5 ，t h e Max mis e s s t r e s s d e c r ea s e b y 2 0 1 i n“r ein f or c i n g t h e who l e”，c om p ar ed wi t h “ n o r e i n f or c e men t ”s c h e meF i n ally，f r 0 m ec o n omic c on s i d e r a t ion s，“ r ei n f o r c i n g r in g r ein f o r c eme n t ”s c he me i s p ref e r r e d Ke y wo r ds： o p en i n g r ei n f o r c eme n t ；l a r g e o p en i n g；FEA；s h e l l ele me n t 0 引言 在某化工系统中， 需要设计一台带夹套的真空卧式容 器 ， 带有进出 口各一个 ， 进 口位 于容器左上侧 ， 接管 为圆柱 形， 内径 l 2 0 0mm， 出口位于容器右下侧 ， 接管为圆柱形， 内径 1 0 5 0 m m， 锥形过渡 。容器简图如 图 l 所示 ， 其 中 A 1 和 A 2 指 补强圈补 强的范围 ， 曰 1 和 B 2指整体补强 的范 围。 进口的开孑 L 率达到了 0 7 1 ， 超出了 G B 1 5 0中开孔范围的 要求， 属于大开孔结构。在我国现行压力容器标准中， 没 有给 出此类结构的开孔补强计算方法 。 图 1 真空卧式容器简图 关于压力容 器 的 大开 孔补 强 ， 西 德 A D压力 容 器规 范、 法国 非直接火受压容器建造规范 和我国 HG 2 0 5 8 2 1 9 9 8 ( 钢制化工容器强度计算规定 采用 的是压力面积 法 ， 但 是该 方法 仅考 虑一 次总体及局部薄膜应力满足静力 强度要求 ， 忽略 了大开孔边 缘 的一 次弯 曲应力 ， 安 全裕度 可能不够 ， 未得到广泛应用 。 ； 美国 A S ME于 2 0 0 1 年提 出了一种新的大开孔补强设计方法， 考虑了大开孔边缘的 一 次弯曲应力 ， 该方法较 压力面积 法更为安全 ， 得 到一定 程度的认可 。 与上述设 计方法相 比， 有 限元法 具有独 特 的优 越性 ， 它能够更全面、 更直观地反映应力分布规律 ， 参数化的建 模方式使批量分析和结构优化变得更加简单。目前， 该方 法已在大开孑 L 结构的分析计算中得到了大量应用 “ 。 1 建模 该容器的主要计算 条件 和尺寸如下 ： 1 )容 器 内压 力 为 一0 I MP a ， 夹 套 内蒸 汽 压 力 为 0 4 M P a ， 设计温度为 1 4 0 。 2 )容器壳体和接管厚度为 1 0 m m， 补强部分厚度为 1 4 mm。 3 )容器壳体和接管由钢板卷焊制成， 材料为$ 3 0 4 0 8 ， 厚度负偏差为 0 3 m m， 腐蚀裕量取 2 m m。 4 )容器内径为 D 1 7 0 0 ， 总长 为 1 0 2 0 0 m m， 入 口接管 为 D1 2 0 0 ， 出口接管为D1 0 5 0 ， 锥形段锥角为 4 6 。 。 5 )人口和出口法兰均额外承受 4 0 0 0 0 N垂直向下的 作者简介 ： 许鸿昊( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 江西南 昌人 ， 博士 ， 副高级 ， 主要研究方 向为机电产 品研发 。 1 0 4 h t t p： Z Z H D c h i n a j o u rna 1 n e t c n E ma i l ： Z Z HD c h a i n a j o u ma 1 n e t a n 机械制造与 自动化 信息技术 王纪刚， 等 无线温湿度数据采集板的设计 参 考文 献 ： 图 1 O 数据发送流程 图 1 牛孝 国， 朱桂芝 ，夏宁 ， 等 基于无 线传感 器网络 的农 业现 场 数据采 集 研 究 进 展 J 中 国 农 学 通 报 ， 2 0 0 9 ， 2 5( 2 4 )： 5 1 5 51 9 2 王益祥 ， 牛江平 远程无线抄 表系统 的研究 J 自动化仪 表 ， 2 0 1 1 3 2 ( 3 ) ： 4 7 3 张冬林 ， 李鑫 ， 戴梅 ， 等。基 于 D H T 1 1的低成本蚕室温湿度 自 动控制系统的设计 J 现代农业科技 ， 2 0 1 0 ( 1 8 )： 1 4 1 5 4 张中华 ， 王泽 勇 ， 高 晓蓉 ， 等 基 于 S H T 1 0的便携式 数显 温湿度检测仪 的设计 J 现代电子技术 ， 2 0 0 9 ( 1 7 ) ： 1 3 7 1 3 9 5 倪 天龙 单总线传感器 DH T 1 1 在温湿度测控 中的应用 J 单 片机与嵌入式系统应用 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 6 0 6 2 6 黄小东 ， 习友室 A T 3 2 U C 3 A 0 5 1 2无线传输 的温湿 度检 测仪设 计 J 单 片机与嵌入式系统应用 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 6 2 6 4 7 h t t p ： w w w t z g b c o rn d o w n l o a d h t m1 收稿 日期 ： 2 0 1 20 92 1 ( 上接 第 1 0 6页 ) 4 )从 经 济性 考虑 ， 优 先选 用 文 中提 出的“ 补强 圈补 强” 方案。 参考文献 ： 南 昌大学学报( 工科 版) ， 2 0 0 2 ， 2 4( 1 ) ： 4 8 5 0 3 蒋家羚， 章春亮 压力容器大开孔补强工程设计方法 J 化工 机械 ， 2 0 0 0， 2 8( 3 ) ： 1 6 6 1 6 9 4 谭泓 ， 林志鸿 ， 金春南 ， 等 容器壳体 大开孔补强 方法 的探讨 J 热能动力工程 ， 2 0 0 6 ， 2 1( 2 ) ： 2 0 8 2 0 9 1 田华 压力容器大开孔补